JP2004520984A - 物品を射出成形するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

射出成形方式は、改善された痕跡部および／または表面品質を備えた成形品を提供する、改善されたバルブ・ゲート構成を有する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は射出成形システムに関する。さらに詳しくは、本発明は、射出成形システムにおいて見られるバルブ・ゲート方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形ノズルはよく知られており、プラスチックなどの材料を金型のキャビティの中に射出するために使用されている。たとえば、このようなノズルは、プラスチックなどの溶融材料を射出成形機から受け入れて、この溶融材料をゲートと呼ばれる通路を通じて金型キャビティの中へ向けて送る。射出作業が完了し、成形された部分を取り出すために金型キャビティを開く前に、ゲートを通る溶融材料の移送を停止しなければならない。一般に、ゲートを通る溶融材料の移送を停止させるために２つの方法がある。すなわち熱ゲートまたはオープンゲート、およびバルブゲートである。
【０００３】
熱ゲートでは、ゲートは、射出作業中に溶融材料が通過する開放開口である。ゲートはサイクルの射出部分の終りで急速に冷却され、射出成形圧が除去されると、射出された材料をプラグの中に「凝固」させる。このプラグはゲートの中に残り、成形された部分を取り出すために金型が開いているとき、溶融材料がゲートから垂れ落ちることを防止する。サイクルの次の射出部分では、ゲートに加えられる冷却は除去され、射出成形機からの熱い溶融材料はプラグを金型キャビティの中に押し込み、この中で溶融材料は溶融し、新たに供給された溶融材料と混合する。
【０００４】
バルブゲートでは、ゲートの開閉は、射出圧力および／または冷却とは無関係であり、弁棒によって機械的に達成される。この弁棒は、ゲートを通る溶融材料の流れが可能である開位置と、ゲートの中に弁棒が入ることによってゲートが閉じ封止を確立し、溶融材料がゲートを通過することを防止する閉位置との間で移動させることができる。バルブゲートはよく知られており、このようなシステムの例は、米国特許第２８７８５１５号、同第３０２３４５８号、および同第３５３０５３９号に示されており、これらは各々参照によって本明細書に組み込まれている。
【０００５】
一般に、美観を改善することが必要とされる状況の場合、バルブゲートは、完成した成形部分上に結果として残る望ましくないゲートの痕跡部を減らすことができるので、熱ゲートよりも好ましい。しかしながら、バルブゲートシステムには問題がある。
【０００６】
具体的には、弁棒とゲートは各々、接触させられてゲートを封止する相補的な封止部分を有する。一般的に、弁棒とゲート封止部分との間には０．００１〜０．００２インチの直径方向の隙間がある。弁棒は封止をもたらすために移動してゲートの封止部分と整合するので、弁棒とゲートとの僅かな不整合は、弁棒がゲート封止部分に衝突する原因となる。時間が経つと、これはゲート区域の摩耗を引き起こし、ゆがむことになる。ゲート封止区域が摩耗したら、弁棒はもはや溶融材料の流れを停止せず、少量の溶融材料が弁棒と摩耗したゲート封止区域との間を移動する。この漏洩は、金型を開いたときにゲートと弁棒との間で固化した材料により成形品の痕跡部に沿って裂け目または欠陥が形成されるので、痕跡部の質に悪影響を及ぼし、極端な場合には成形品または予備成形物の表面に裂けが広がる可能性がある。
【０００７】
射出サイクルに続いて、一般的には型の半分が開き、いくらか固化した状態の成形品が弁棒／ゲート域から除去される。摩耗したゲート域と弁棒との間に溶融材料が閉じ込められているので、成形品は金型が開かれたときにきれいに離脱せず、むしろゲート域から剥ぎ取られて、その結果、成形品上に傷がついた痕跡部ができる。
【０００８】
図１および図２を参照すると、この現象をはっきり見ることができる。当技術分野ではよく知られているように、ノズル・アセンブリ１０が細長いノズル・ブッシュ１２を含み、この中にノズル先端１６が同軸に取り付けられている。任意選択で、断熱材１４をノズル先端１６の近位端に取り付け、これによって加熱されたノズル・アセンブリ１０を冷却されたキャビティ・プレート３４から断熱する。可動バルブ部材１８はノズル・アセンブリ１０の中に同軸に延在し、通路／ゲート域２２の中または外に選択可能に位置決めされる。溶融物チャネル２０はバルブ部材１８を囲み、ノズル・アセンブリ１０の長さ方向に延びていて、流動可能な材料を金型キャビティ２８に連絡させる。バルブ部材１８が（図１に示すように）完全に閉じた位置に置かれると、キャビティ・プレート３４における封止部分２５はバルブ部材１８を封止するように包囲して、金型キャビティ２８への材料の流れを遮断する。図１に示すように、バルブ部材１８の面部分２１は成形品の痕跡部２６の全体的な頂部を画定する。バルブ部材のゲート域への案内を助け、バルブ部材とキャビティ・プレート３４の摩耗を減少させるために、バルブ部材１８の面に沿って面取り部３６が一般的に設けられている。
【０００９】
バルブ部材１８は封止部分２５に緊密に適合しているので、これらのそれぞれの間に存在するいかなる不整合も、バルブ部材１８が封止部分２５の表面に突き当たる原因になり、これが結局、封止部分２５および／またはバルブ部材１８の劣化を引き起すことになる。
【００１０】
射出サイクルの終りに、バルブ部材１８は先に説明したようにその閉位置に移動し、金型キャビティは、溶融材料が冷却し固化することを可能にするように所定のサイクル時間だけコア３０とともに閉位置に保持され、それによって成形品を形成する。いったん成形品が十分なレベルにまで冷却されると、コア３０とこの上の成形品とは、矢印Ａによって示されたような方向に動かされ、痕跡部２６はバルブ部材１８の面部分２１から引き離される。バルブ部材１８と封止部分２５との間にかなりの摩耗が存在する場合には、少量の溶融材料がその中に移動し、金型のコア３０と成形品２７が開放位置に動かされる際、剥離された縁部３８を成形品２７の痕跡部２６の上に形成する。
【００１１】
また、ゲートが開いているときには、バルブ部材１８は、溶融材料の流れの中にあるのでかなり熱くなる可能性がある。ゲートがバルブ部材１８によって閉じられると、金型キャビティ２８が冷却されるときにバルブ部材１８の熱い先端を冷却することが困難になる可能性があり、この結果、必要な冷却ができるようにサイクル時間を延ばすことが必要になる可能性があり、また、成形品２７に望ましくない特性が生じる可能性がある。特に、バルブ部材１８に隣接する金型キャビティ２８内の材料は該熱い先端によって十分に冷却されないので、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの熱に敏感な材料から成形された部分は、大きな結晶化域４０またはその他の望ましくない特性域によって害されることがある。さらに、痕跡部２６の全頂表面が熱いバルブ部材１８の面部分２１と接触しているので、面部分２１に隣接する溶融材料は多少溶融した糸曳き状態のままであり、金型が開かれると不均一な縁部が形成される。
したがって、従来技術の欠点のいくつかまたは全部を減少または除去するバルブ・ゲート・システムを有する改善された射出成形機が必要となる。
【特許文献１】米国特許第２８７８５１５号
【特許文献２】米国特許第３０２３４５８号
【特許文献３】米国特許第３５３０５３９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の主要な目的は、従来の技術の欠点を減少または除去するバルブ・ゲート・システムを有する改善された射出成形システムを提供することである。
本発明の別の目的は、成形品の痕跡部に沿って剥離された縁部の形成を減少または除去する射出成形システムにおいてバルブ部材と相互作用するインサートを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、容易に取り替えることができるバルブ部材に隣接する金型プレートの中にゲート・インサートを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的は、痕跡部の周囲が痕跡部の内部よりも急速に冷却されるようにバルブ部材の断面積よりも大きな痕跡部断面積を有する、金型キャビティを提供することによって達成される。別の好ましい実施形態では、バルブ部材をゲートとの封止位置に案内することを助けるために、取替え可能なインサートが設けられる。このインサートの取替えは、インサートの摩耗が所定の容認されないレベルに達するといつでも、容易に実施することができる。
本発明の他の目的および利点。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図３を参照すると、本発明による射出成形ノズル・アセンブリ１０が、流動可能な材料を金型キャビティ２８に連絡させてこの中に成形品を形成するために、キャビティ・プレート３４の中に置かれている。キャビティ・プレート３４はその中に複数の冷却流体通路３２を備え、キャビティ・プレートからの熱を除去するための冷却流体を通して、金型キャビティ２８の中の流動可能な材料を冷却して固化する。
【００１５】
当技術分野でよく知られているように、ノズル・アセンブリ１０は、細長いノズル・ブッシュ１２と、この近位端に取り付けられたノズル先端部１６とを含む。好ましい一実施形態では、ノズル先端部１６はノズル・ブッシュ１２に螺着されるが、この種の適切ないかなる手段でも使用することができる。一般的に、流動可能な材料を粘性状態に維持するために、ヒータ１７をノズル・アセンブリ１０の周りに巻きつける。この好ましい実施形態では、ホット・ノズル・チップ１６から冷却されたキャビティ・プレート３４への熱の伝達を減少させるために、任意選択の断熱材１４をホット・ノズル・チップ１６と冷却されたキャビティ・プレート３４との間に配置している。ノズル・アセンブリ１０内に、同軸に可動バルブ部材１８が配置され、このバルブ部材１８は金型キャビティ２８の痕跡部（ｖｅｓｔｉｇｅ）２６に隣接して延びている。好ましい一実施形態では、バルブ部材１８は、上昇して開位置へ、また、下降して閉位置へそれぞれ移動する細長い円筒状の部材である。バルブ部材１８が点線５０に示すような開位置にあるときには、溶融物チャネル２０の中の流動可能な材料は金型キャビティ２８に入ることができる。図１に示すように閉位置にあるときには、バルブ部材１８は封止部分２５と封止連絡状態にあり、これによって金型キャビティ２８への材料の流れを停止させる。
【００１６】
好ましい一実施形態では、中に形成された通路４１を有するインサート部４２が、キャビティ・プレート３４内に設けられた空洞（ｃａｖｉｔｙ）４４の中に、バルブ部材１８と整合されて配置されている。この構成においては、封止部分２５がこの交換可能なインサート部４２の中にあり、バルブ部材１８の周りの漏洩が始まったときに容易なメンテナンスを可能にする。
【００１７】
インサート部４２は、バルブ部材１８がまず通路４１に入るときにバルブ部材１８の案内を助けるための第１面取り部４６と、バルブ部材１８をさらに封止部分２５の中へ案内することを助けるための第２面取り部４８を随意に備えることができる。これらの面取り部は、バルブ部材１８とインサート部４２両方の摩耗を減少し、両構成部分の耐用寿命を長くするように作用する。
【００１８】
痕跡部２６は、図に示すように、バルブ部材１８の面部分２１よりも大きな断面積を有する。従って、痕跡部２６の一部分２３はインサート４２と熱的に連絡している。インサート４２が、冷却されるキャビティ・プレート３４の中に配置されていることを考えると、インサート４２は、熱いバルブ部材１８の表面部分２１と接触している部分よりも速く、部分２３を冷却することになる。この差異による冷却作用によって、部分２３は表面部分２１に隣接する区域より先に固化することができる。成形品を金型キャビティ２８から除去するために、コア３０を退避させると、この固化した部分２３は従来の技術よりもきれいに離脱する傾向がある。さらに、封止部分２５の位置が内部にあって、かつ、仕上がりの痕跡部２６の外側表面からずれているので、金型を開いたときに起り得る裂けが減少または排除される。これは、裂け目が従来の技術におけるように痕跡部／予備成形物（ｐｒｅｆｏｒｍ）の表面上にないからである。
【００１９】
図５に示すように、このきれいな離脱は結果として、これまでに見たものよりも均一で平坦な痕跡部２６をもたらす。さらに、痕跡部２６の冷却が改善されたために、減少された結晶化域４０が成形品２７の内部に形成されることになる。
【００２０】
図３ａを参照すると、インサート部４２が除去されていることを除いて、図３の実施形態と同じである、本発明による代替実施形態が示されている。図３ａに示すように、封止部分２５はここではキャビティ・プレート３４中に位置する。部分２３の冷却は、痕跡部２６の残り部分よりもさらに速く起こり、これによって、金型のコア３０を退避させるときにほぼ完璧な離脱が可能になる。
【００２１】
図４ａおよび図４ｂ（同様な特徴部分には同様な番号が付けられている）は、インサート部４２およびバルブ部材１８の代替実施形態を示す。図４ａに示すように、バルブ部材１８は痕跡部２６の近くに面取り部５４を有する。バルブ部材の直径が縮小された部分は、閉位置にあるときに封止部分２５と封止連絡状態にある。少なくとも１つの細長い凹部５６がバルブ部材１８の表面に形成され、これによって、バルブ部材１８を閉位置に持ってきたときにバルブ部材１８に沿って流動可能な材料を押し戻すことを可能にする。面取り部４６および４８は、バルブ部材１８が通路４１に入って封止部分２５に着座するときに、バルブ部材１８の案内を助ける。図４ｂはバルブ部材１８を、まさしく底部の面取り部まで１つの連続的な円筒として示す。インサート４２内の通路４１はまた、面取り部４６におけるリード（ｌｅａｄ）を除いて、その長さのほとんどが均一の直径である。この実施形態では、封止部分２５を長くすることができ、長寿命の封止部を備えることができる。凹部５６によって、バルブ部材１８を閉位置に持ってきたときに、流動可能な材料は通路４１から流出することができる。
【００２２】
本発明は本明細書に説明した例示に限られるものではなく、この例示は本発明を実施する最良実施形態を例示しようとするものであり、形状、寸法、部品配置、および作動の詳細の変更ができることを理解されたい。本発明は、特許請求の範囲に定義されるようなその精神と範囲内にあるこのような変更のすべてを含むことを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来の技術による射出成形ノズルの簡略化した断面図である。
【図２】従来の技術による成形品の部分断面図である。
【図３】本発明による例示的な実施形態の簡略化された断面図である。
【図３ａ】本発明による例示的な実施形態の簡略化された断面図である。
【図４ａ】本発明による別の例示的な実施形態の部分断面図である。
【図４ｂ】本発明による別の例示的な実施形態の部分断面図である。
【図５】成形品の簡略化された部分断面図である。

Claims (36)

1. 少なくとも１つの金型キャビティと、少なくとも１つの射出ノズルを通して前記金型キャビティに連絡される流動可能な材料の供給部とを有する、少なくとも１つの物品を射出成形するための装置であって、
   各ノズルにおけるノズル・ゲートを通して前記流動可能な材料の連絡を、選択的に開始および停止するための、所定の断面積を有する可動バルブ部材と、
   前記物品の表面から突き出た、前記ノズル・ゲートに隣接する痕跡部とを有し、前記痕跡部が前記バルブ部材の前記断面積より大きな断面積を有する、装置。
2. 前記物品が予備成形物である、請求項１に記載の装置。
3. 前記予備成形物がポリエチレンテレフタレートから作られている、請求項２に記載の装置。
4. 前記金型キャビティがキャビティ・プレートとコアとの間に形成されている、請求項１に記載の装置。
5. 前記コアが開位置および閉位置に選択的に移動可能である、請求項４に記載の装置。
6. 前記ノズル・ゲートが前記キャビティ・プレートに位置する、請求項４に記載の装置。
7. 前記ノズル・ゲートが前記キャビティ・プレートに配置されたインサートの中に位置する、請求項４に記載の装置。
8. 前記インサートが取替え可能である、請求項７に記載の装置。
9. 前記射出ノズルが、
   溶融物通路を有し、前記金型キャビティと整合したキャビティ・プレートの空洞内に配置された細長いノズル・ブッシュと、
   前記ノズル・ブッシュから前記金型キャビティへの流動可能な材料の連絡のために前記ノズル・ブッシュに取り付けられたノズル先端部と、
   前記射出ノズルと熱的に連絡しているヒータと
   を備える、
   請求項１に記載の装置。
10. 前記バルブ部材が円筒状である、請求項１に記載の装置。
11. 前記バルブ部材が、前記ノズル・ゲートと封止連絡する、直径の縮小された部分を有する、請求項１に記載の装置。
12. 前記流動可能な材料の連絡を可能にするために、前記バルブ部材が、その表面に少なくとも１つの長手方向の凹部を有する、請求項１に記載の装置。
13. 少なくとも１つの物品を射出成形するための装置であって、前記物品を形成するための金型キャビティと整合する出口を有する少なくとも１つの射出ノズルと流体連通している流動可能な材料源と、
    前記出口を通る前記流動可能な材料の連絡を、選択的に開始および停止するための可動バルブ部材と
    を含み、
    前記物品は、前記バルブ部材に隣接する痕跡部を有し、前記バルブ部材の断面積は前記痕跡部よりも小さい、射出成形するための装置。
14. 前記物品が予備成形物である、請求項１３に記載の装置。
15. 前記予備成形物がポリエチレンテレフタレートから作られている、請求項１４に記載の装置。
16. 前記金型キャビティがキャビティ・プレートとコアとの間に形成されている、請求項１３に記載の装置。
17. 前記コアが開位置および閉位置に選択的に移動可能である、請求項１６に記載の装置。
18. 前記ノズル・ゲートが前記キャビティ・プレートに位置する、請求項１６に記載の装置。
19. 前記ノズル・ゲートが前記キャビティ・プレートに配置されたインサートの中に位置する、請求項１６に記載の装置。
20. 前記インサートが取替え可能である、請求項１９に記載の装置。
21. 前記射出ノズルが、
    溶融物通路を有し、前記金型キャビティと整合したキャビティ・プレートの空洞内に配置された細長いノズル・ブッシュと、
    前記ノズル・ブッシュから前記金型キャビティへの流動可能な材料の連絡のために前記ノズル・ブッシュに取り付けられたノズル先端部と、
    前記射出ノズルと熱的に連絡しているヒータと
    を備える、
    請求項１３に記載の装置。
22. 前記バルブ部材が円筒状である、請求項１３に記載の装置。
23. 前記バルブ部材が、前記ノズル・ゲートと封止連絡する、直径の縮小された部分を有する、請求項１３に記載の装置。
24. 前記バルブ部材が、その表面に少なくとも１つの長手方向の凹部を有する、請求項１３に記載の装置。
25. 射出成形システムにおいて、流動可能な材料を連絡するためのマニホールド・サブシステムが、
    少なくとも１つの射出ノズルと流体連通する少なくとも１つの溶融物通路を有するマニホールド構造と、
    コアと離隔して整合するキャビティ・プレートであって、これらの間にキャビティを形成し、前記ノズルが該キャビティ中に成形品を形成するためにノズル・ゲートを通して前記キャビティと流体連通している、キャビティ・プレートと、
    前記ノズルと前記ノズル・ゲートとの間に流体連通している通路を有しているインサートと、
    前記流動可能な材料の前記キャビティへの連絡を選択的に停止および開始するための可動バルブ部材と
    を備え、
    前記ノズル・ゲートが、前記成形品から突出する痕跡部に隣接し、前記バルブ部材に隣接する前記痕跡部の断面積が、前記成形品と接触する前記バルブ部材の断面積よりも大きい、
    射出成形システム。
26. 前記成形品が予備成形物である、請求項２５に記載の装置。
27. 前記予備成形物がポリエチレンテレフタレートから作られている、請求項２６に記載の装置。
28. 前記コアが開位置および閉位置に選択的に移動可能である、請求項２５に記載の装置。
29. 前記ノズル・ゲートが前記キャビティ・プレートに位置する、請求項２５に記載の装置。
30. 前記ノズル・ゲートが前記キャビティ・プレートに配置されたインサートの中に配置される、請求項２５に記載の装置。
31. 前記インサートが取替え可能である、請求項３０に記載の装置。
32. 前記射出ノズルが、
    溶融物通路を有し、前記金型キャビティと整合したキャビティ・プレートの空洞内に配置された細長いノズル・ブッシュと、
    前記ノズル・ブッシュから前記金型キャビティへの前記流動可能な材料の連絡のために前記ノズル・ブッシュに取り付けられたノズル先端部と、
    前記射出ノズルと熱的に連絡しているヒータと
    を備える、
    請求項２５に記載の装置。
33. 前記バルブ部材が円筒状である、請求項２５に記載の装置。
34. 前記バルブ部材が、前記ノズル・ゲートと封止連絡する、直径の縮小された部分を有する、請求項２５に記載の装置。
35. 前記流動可能な材料の連絡を可能にするために、前記バルブ部材が、その表面に少なくとも１つの長手方向の凹部を有する、請求項２５に記載の装置。
36. 成形品を形成するための射出成形システムにおいて、ゲート・インサートは、
    流体を金型キャビティに連絡するために射出ノズル・アセンブリと金型キャビティとの間に位置する通路が中に形成された本体と、
    バルブ部材が開口部に隣接したとき、前記キャビティへの前記流体の流れが妨げられるように可動バルブ部材と封止連絡する前記通路の開口部と、
    前記ゲート・インサートおよび前記バルブ部材と熱的に連絡する隆起部分とを有し、前記隆起部分の外側周囲を前記隆起部分の内部よりも速く冷却させる射出成形システム。

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